馬斯克力挺FEL-EUV技術，TeraFab有望導入？

近日，有網友在社交媒體平臺X上爆料稱，根據Terafab發布的信息推測，馬斯克可能計劃采用自由電子激光器（FEL）技術路線，直接挑戰ASML現有的LPP-EUV光源方案，顛覆傳統EUV光刻技術的壟斷格局。

隨后，馬斯克本人發文回應稱“FEL FTW”（FEL必勝），似乎是側面確認了這一推測。結合Terafab細長的廠房設計及馬斯克的表態來看，TeraFab將有望采用FEL-EUV作為光源技術路線。

FEL-EUV光源有何優勢？

目前光刻機巨頭ASML的EUV光刻機所采用的是EUV光源系統，正是基于被稱為激光等離子體EUV光源（LPP），其原理是通過30kW功率的二氧化碳激光器轟擊以每秒50000滴的速度從噴嘴內噴出的錫金屬液滴，每滴兩次轟擊（即每秒需要10萬個激光脈沖），將它們蒸發成等離子體，通過高價錫離子能級間的躍遷獲得13.5nm波長的EUV光線。

但是，正是由于LPP-EUV系統需要依靠功率強大高能激光脈沖來蒸發微小的錫滴（在 500,000oC 下），使得其整個光源系統不僅龐大復雜，且功耗巨大，所產生的EUV光源的功率也有限，這也是導致當前EUV光刻機成本高昂的一大原因。目前全球僅有頭部的少數的晶圓制造廠商能夠用的其這種單價高達約1.5億美元的EUV光刻機，主要用于7nm以下的先進制程芯片的制造。值得一提的是，該系統發射極紫外光的同時會產生碎屑而污染集光鏡。

近年來，美國、中國、日本等國家的研究機構為了都有在研發新的基于直線電子加速器的自由電子激光（FEL）技術的EUV光源系統，希望繞過ASML所采用的LPP技術路線，大幅降低EUV光源的系統的成本。其中，基于自由電子激光器（FEL）技術的EUV光源方案被寄予厚望，目前該技術大致分為兩種類型：振蕩器FEL和自放大自發輻射（SASE）FEL。

在振蕩器FEL中，來自電子加速器的電子束在波蕩器中發光，與存儲在振蕩器中的波蕩器光相互作用，并放大FEL光。然而，由于鏡面對短波長光的反射率較差，FEL波長被限制在100nm以上；在SASE-FEL中，加速器提供的高質量電子束的自發輻射在長波蕩器中自放大，無需任何振蕩器和外部種子。它適用于短波長FEL，例如EUV-FEL，這也是目前研究的主要方向。

而用于SASE-FEL的直線加速器（linacs）也分為兩種：正常傳導和超導直線加速器。

正常傳導直線加速器很常見，但其電子束的平均電流被限制在小于～100 nA，以避免直線加速器腔因高熱負荷而變形。而超導直線加速器由于熱負荷極低而具有更高的束團重復頻率和平均電流（通常為幾十μA），因此更適合高功率的自由電子激光器。

如果與沒有能量回收功能的普通直線加速器相比，擁有能量回收直線加速器（ERL）是更強大的自由電子激光器驅動器。基于ERL 的 EUV-FEL 可成為最強大的 EUV 光源，通過使用能量回收方案和超導加速器技術來克服 EUV 光刻的當前問題。

△(a) 普通直線加速器 和 (b) 能量回收直線加速器示意圖。

與激光等離子體EUV光源（LPP-EUV）相比，基于ERL 的FEL-EUV光源具有多項優勢：光源可產生超過 10 kW 的高 EUV 功率，且不會產生錫滴碎片，因此，它可以同時為 10 臺EUV光刻機供超過1000W 的 EUV 功率，而不會對 Mo/Si 反射鏡面造成錫污染。

另外，FEL-EUV技術具備高功率、高相干性、波長可調諧以及更高能效等優勢，理論上可將光刻光源從當前主流的13.5nm推向6nm乃至更短波長，大幅延伸摩爾定律的生命周期。

根據此前日本筑波的高能加速器研究組織（KEK）的研究人員公布的基于FEL-EUV光源的研究論文顯示，FEL-EUV光源的建設和運行成本粗略估計為10kW EUV功率4億美元和每年4000萬美元的運營成本，因此1kW EUV功率建設成本約4000萬美元和每年400萬美元。相比之下，通過簡單的線性外推，LPP光源的建設和運行成本粗略估計為250W EUV功率2000萬美元和每年1500萬美元，即每1kW EUV功率建設成本為8000萬美元和運行成本為每年6000萬美元。

顯然，LPP-EUV光源的建設成本達到了FEL-EUV光源建設成本的2倍，運營成本更是達到了其15倍。綜合來看，EUV-LPP光源的成本也達到了EUV-FEL光源的3倍。這其中，集光鏡的維護費用占了運營成本的大部分，因為集光鏡會因錫碎屑的污染而老化，需要經常更換。另外龐大的能源消耗也是一大成本。也就是說，采用FEL-EUV光源來代替LPP-EUV光源，綜合成本可以降低2倍以上。

TeraFab真的會采用FEL-EUV光源嗎？供應商會是誰？

雖然FEL-EUV光源相比LPP-EUV光源擁有著很多的優勢，但是其也面臨著體積龐大，難以融入現有的晶圓制造潔凈室的問題，比如在現有標準低EUV光刻機當中，光源位于機器本身的下方，而對于High NA EUV設備，其EUV-LPP 光源位于同一水平面上，因此任何“第三方”光源系統都必須考慮到這些事實。

但是，如果FEL-EUV光源被證實具有商業化價值的話，即便FEL-EUV技術面臨體積龐大、系統復雜等技術挑戰，但TeraFab作為一座從零開始規劃的新一代晶圓廠，完全可以在廠房設計階段就將FEL-EUV光源系統與晶圓制造潔凈室進行一體化布局，從根源上規避“第三方光源”的兼容當前晶圓廠設計的難題。

根據馬斯克的計劃，“TeraFab”超級晶圓廠建設地點位于得克薩斯州奧斯汀市特斯拉園區內，規劃的建筑面積至少達到1億平方英尺，這比Gigafactory美國德克薩斯州廠（Giga Texas，1,000萬平方英尺）、五角大廈（660萬平方英尺）、Apple Park（282萬平方英尺）以及美國購物中心（Mall of America，560萬平方英尺）四者加總起來還要大。

TeraFab將為機器人、人工智能和太空數據中心制造自己的芯片，遠期的目標是達到驚人的1太瓦（Terawatt，TW）級別的算力芯片產能，即每年產出超過相當于1太瓦功率的算力芯片，而1太瓦等于1000吉瓦，相當于100個當前最大的在建的10吉瓦的AI數據中心的規模。

這座TeraFab將采用2nm及更尖端的工藝制程，將芯片設計、制造、封裝全流程整合在同一園區，借此將目前長6~9個月的芯片設計迭代周期縮短至僅數周。該工廠的目標是每月生產 10萬片晶圓，最終增長到每月100萬片，這將使每年的芯片產量達到1000 億至2000億顆。

如此龐大的尖端制程產能計劃，無疑將需要數量龐大的EUV光刻機來作為支撐。而且一套FEL-EUV光源可以同時為10 臺EUV光刻機供超過1000W 的 EUV 功率，并減少對晶圓廠潔凈室內部空間的占用，可以極大降低EUV光刻機的采購與維護成本。

△xLight的粒子加速器 

xLight 稱，其成立的使命是打造一種能夠徹底改變光刻、計量和檢測的光源。之所以有這個目標，是源于“美國必須重新奪回并保持半導體制造業的領導地位”這樣的信念。xLight 利用數十年的投資和美國在粒子加速器技術、基礎設施和知識方面的領導地位，正在快速開發和部署其獨特的EUV-FEL光源解決方案，以實現更經濟、更可持續的 EUV 光刻未來。在此基礎上，xLight 設計了一個具有新功能的 HVM（大批量制造）兼容系統，該系統可提供生產力和性能，從而推動尖端半導體制造業數十年的持續進步。

近期，Inversion Semiconductor也成功獲得了美國能源部“Genesis Mission”第一階段獎項的資助，其將與美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）攜手合作，致力推進以粒子加速器生產光源的光刻技術。

從目前的進展來看，xLight 的技術方案更為成熟，距離商用目標更近。Inversion Semiconductor的技術方案仍處于早期的階段。

不過，即使馬斯克的真的選擇了FEL-EUV技術路線作為TeraFab晶圓廠的EUV光源系統，其仍然離不開ASML的助力，需要ASML為其定制與FEL-EUV光源配套的EUV光刻機。畢竟EUV-FEL只是解決了EUV光源問題，并不涉及光刻系統，而目前全球僅有ASML有能力提供完整的EUV光刻機解決方案。

值得一提的是，馬斯克在2026年6月11日以視頻方式出席了ASML的內部年度技術大會。他和ASML首席執行官傅恪禮進行了一場爐邊對話，向ASML的員工闡述了他的“TeraFab”芯片制造計劃。

在這種背景下，馬斯克即便真的考慮為其TeraFab項目導入FEL-EUV技術路線，也不會全面押注FEL-EUV技術路線，更大的可能是采用傳統的EUV光刻機和FEL-EUV光源+定制EUV光刻系統結合的方案。

小結：

當前EUV光刻市場由ASML的LPP-EUV光源方案主導，但其在設備成本、功率提升、運營成本和鏡面污染等方面存在明顯瓶頸?；谥本€加速器的FEL-EUV光源，憑借數倍于LPP的EUV輸出功率、無錫滴碎片污染、波長可調諧以及綜合成本降低三分之二以上的優勢，被學界和產業界視為下一代EUV光源的有力候選方案。

盡管FEL-EUV仍面臨系統龐大、技術復雜度高、工程化驗證不足等現實挑戰，但隨著xLight等美國本土企業的加速商用化推進，這一技術路線正逐漸從“實驗室構想”走向“晶圓廠可行性論證”。

TeraFab作為一座從零規劃的新一代晶圓廠，具備從設計端適配FEL-EUV光源的先天優勢。馬斯克對FEL-EUV路線的公開表態，疊加xLight獲聯邦資金支持、計劃2028年商用的時間表，使得TeraFab是否成為全球首座“FEL-EUV晶圓廠”成為業界矚目的焦點。

無論最終結果如何，這場圍繞下一代光刻光源的技術路線之爭，已經深刻揭示了半導體產業格局正在發生的變化——后摩爾時代，光刻技術路線正從“獨木橋”走向新的十字路口。

編輯：芯智訊-浪客劍